探究实验设计十二：
氢气的性质
1．化学反应原理
⑴ 氢气可以在氧气（或空气）中燃烧，生成水，放热，产生蓝色火焰。氢气与空气（或氧气）混合，遇明火爆炸。
⑵ 氢气具有还原性，可在加热条件下，将氧化铜还原成金属铜。固体由黑色变成紫红色，试管口有水滴出现。
2．实验仪器：试管、导管、铁架台、酒精灯、塑料筒等
实验药品：贮气瓶中的氢气、氧化铜等。
3．探究方案：
⑴ 检查纯气纯度：用排水集气法收集一试管氢气，用大拇指按住试管口，移进火焰，放开拇指，若听到尖锐的爆鸣声，证明氢气不纯；若听到轻微的“噗”声，说明氢气已纯。如图12-1。
⑵ 点燃在导管口点燃氢气，可观察到蓝色火焰。用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方，一会后，可观察到烧杯内壁出现水滴。如图12-2。证明有水生成：。
取一个去盖、底部有小的塑料筒，用纸团堵住小孔，用排水法集满一筒氢气，倒置时筒下垫木条使筒的下边缘一端稍抬起（如图12-3，Ⅰ），拿掉小孔纸团，用燃着的木条在小孔处点火，注意观察有什么现象发生。
可以看到，刚点燃时，氢气安静地燃烧（如图12-3，Ⅱ），过一会儿，随着“砰”的爆炸声响，塑料筒被爆炸的气浪高高掀起（如图12-3，Ⅲ）。
⑶按如图12-4所示装配好装置，先通入氢气，直到排尽试管内空气后，点燃酒精灯加热。防止氢气与空气混合后，遇热爆炸。一会后，可见黑色氧化铜逐渐变光亮的紫红色，试管口有水滴出现。
实验结束后，先停止加热，直到试管冷却后，停止通入氢气。防止铜在较热的条件下氧化成氧化铜，使实验失败。
4．探究评价：
⑴ 用上述方法测定的氢气纯度，不能说明氢气已纯。实验事实证明，只要氢气的纯度超过氢气的爆炸极限，就听不到尖锐的爆鸣声。
下表是不同浓度下氢气点燃时的现象：
|
氢气纯度（%） |
90 |
80 |
70 |
50 |
30 |
10 |
5 |
|
空气体积分数（%） |
10 |
20 |
30 |
50 |
70 |
90 |
95 |
|
点燃现象 |
安静燃烧 |
安静燃烧 |
弱的 爆鸣声 |
强的 爆鸣声 |
强的 爆鸣声 |
弱的 爆鸣声 |
几乎不燃 烧和爆鸣 |
由上表可知，只要氢气的纯度超过70%，点燃时就不会出现爆鸣声。
⑵ 氢气燃烧实验时，气流速度慢了，火焰太小且易熄灭。若在天气较热的夏末秋初做些实验，很难看到有水滴产生，为此，做实验时，可将烧杯稍冷却后再罩在火焰上方。
实验中常常看到的是黄色火焰，这是由于玻璃中钠离子的焰色所致。要做好此实验，一是要注意气流不要太小，火焰小了，也很难看到蓝色火焰；二是将玻璃管换成金属管，点燃时可见明显的蓝色火焰。还可以在玻璃导管外套上一支口径为15～20cm的长玻璃管，可见火焰黄色明显减弱，出现蓝色火焰，并明显看到玻璃管壁出现水滴，一段时间后，可见水滴滴下。套上玻璃管，加速了空气对流，使氢气燃烧更加充分。如图12-5。
氢气不纯的爆炸实验，若塑料筒体积较大，爆炸声很响，现象明显，给学生较强烈的刺激。但有一定的危险性，做此实验时一定要注意安全。
⑶ 用氢气还原氧化铜，由于氧化铜粉末颗粒较细，堆积在试管底部，很难与氢气充分接触，完全反应需要较长的时间。为此，可将氧化铜换成加热变黑的铜丝。将粗铜丝弯成螺旋状，在酒精灯上加热烤黑，表面生成薄薄的一层氧化铜，将此螺旋状铜丝置于试管内，通入氢气加热，反应所需要时间短，现象明显。
5．资源开发：
⑴ 氢气与空气混合爆炸实验可用滴瓶上的滴管代替。如图12-6所示。
取一根滴瓶上的胶头滴管，去掉胶头，插到氢气发生器导管前的胶皮管上，点燃。立即拔掉胶皮管，手持滴管，尖端朝上，可见氢气仍然继续安静燃烧，随着氢气的消耗，空气进入滴管内，与氢气混合。1～2秒后，听到明显的爆炸声。此实验既可说明纯净的氢气可以在空气中安静燃烧，也可以说明氢气不纯后，遇明火爆炸。
此实验容器小，没有危险性，爆炸声也很响亮。
⑵ 在一个蒸发皿里，加入适量肥皂水，启动氢气发生器，将氢气通入肥皂水中，鼓起氢气泡后，随即向肥皂水中通入适量氧气。迅速用火柴点燃肥皂泡，立即发生尖锐的爆鸣声。如图12-7。
⑶ 取一只塑料方便袋，拎起袋口稍抖动，使袋内盛一定量的空气，将氢气发生器的导管伸入塑料袋内，扎紧袋口，收集氢气，根据袋子膨胀后的体积大小，估计空气与氢气的体积比大约为1∶1时，停止收集气体，取下塑料袋，扎紧袋口。将塑料袋吊悬于某物体上（比如实验室的水管上），用较长的燃着木条点燃塑料袋，可听到猛烈的爆鸣声。
此实验爆炸声音很响，但没有危险。
6. 创新思维：
取一根粗铜丝，将其弯成螺旋状，如图12-8所示。将铜丝放到酒精灯外焰部位加热至红热，使其表面氧化成黑色的氧化铜。
用锥形瓶收集一瓶氢气，把红热的铜丝从酒精灯火焰上取出稍冷，让学生观察到外表的黑色氧化铜后，缓慢伸进集满氢气的锥形瓶口，可见铜丝很快变成紫红色。随即取出，铜丝又被氧化成黑色，再伸进锥形瓶，铜丝又变光亮的紫红色。如此可以反复多次。如图12-9。
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